基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

2024-04-26

基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响（共3篇）

篇1：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

摘要：采用序半连续反应器就新鲜废水中COD/N比对COD、氮化合物去除效率和微生物生长的影响进行了研究.结果表明,新鲜废水中的.COD/N比对COD和总氮去除率有明显的影响.当COD/N比由2.5增至12.5时,COD去除率由44.0%增至75.8%,总氮去除率从63.4%增至99.8%,然而,加料废水中COD/N比对微生物生长没有明显的影响.用一组涉及多个微生物反应的动力学模型,分析了COD/N比对同时去除碳、氮化合物效率和微生物生长的影响.作者：邵友元 Krzysztof W.Szewczyk 李卫黄光斗孙俊逸 SHAO You-yuan Krzysztof W.Szewczyk LI Wei HUANG Guang-dou SUN Jun-yi 作者单位：邵友元,李卫,黄光斗,孙俊逸,SHAO You-yuan,LI Wei,HUANG Guang-dou,SUN Jun-yi(湖北工业大学化学与环境工程学院,武汉,430068)

Krzysztof W.Szewczyk,Krzysztof W.Szewczyk(华沙理工大学化学工程系,波兰,华沙,00-645)

期刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：,29(8)分类号：X143关键词：序半连续式反应器活性污泥硝化反硝化动力学

篇2：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

1 材料与方法

1. 1 实验材料

实验用水: 采用生活污水,有轻微刺鼻臭味。NH4+-N浓度: 4. 72 ~ 26. 17 mg / L; COD浓度:31. 00 ~ 107. 92 mg / L。

湿地植物及植株高度: 金钱草约10 cm、绿萝约15 cm、金边吊兰约25 cm。

湿地基质: 黄沙和泥土比为1∶ 3,黄沙为建筑用沙,泥土取自花坛。

1. 2 实验装置

采用若干个32 cm × 21. 5 cm × 11 cm的塑料盒模拟人工湿地,基质混合均匀后分装,以减小土质因素产生的误差。采用自制进水系统控制进水流量为1. 5 m L / min,每天运行12 h,以均匀开有出水孔的PVC管为布水装置,设置实验塑料盒坡度5°。

流型影响实验: 人工湿地流型示意如图1 所示,垂直流人工湿地污水从表面一侧进水,依靠坡度布满表面,竖直流过床层,从底部出水; 水平潜流人工湿地从表面一侧进水,水平潜流经床体,从另一侧底部出水。基质厚度为6 cm,湿地植物采用金钱草。

植物种类影响实验: 种植金钱草、绿萝、金边吊兰三种植物和空白组对比,基质厚度为6 cm,流型采用垂直流。

基质厚度影响实验: 设置3 cm、6 cm、9 cm三种不同基质厚度,湿地植物均采用金钱草,流型采用垂直流。

1. 3 分析方法

NH4+-N: 采用纳氏试剂分光光度法。

2 实验结果与讨论

2. 1 流型对NH4+-N去除效果的影响

不同流型人工湿地NH4+-N去除效果如图2 所示。由图2 可以看出,两种流型人工湿地去除率都较好,垂直流( 平均去除率68% ) 优于水平潜流(平均去除率59% ) ,与文献报道结论相同[10—12]。分析原因,人工湿地处理系统脱氮作用包括基质的吸附、截留以及氨的挥发,植物吸收转化和微生物在好氧、缺氧、厌氧环境中的硝化和反硝化作用,其中发挥主要作用的是微生物的硝化反硝化作用,但系统需要存在大量硝化反硝化微生物和适当的好氧/厌氧环境[13]。实验的水平潜流人工湿地系统中,根据张永静[14]的研究,设置水力停留时间8 ~ 10 h,污水从一侧进入,水平流经床体,从另一侧流出,淹没运行,不利于反应器内气体交换,整体处于厌氧状态,不具备良好的硝化条件。局部有出现短路流的可能。张甲耀等人[15]研究表明,水平潜流型人工湿地污水处理系统氮去除及氮转化细菌的硝化反应条件有限,硝化作用产物硝态氮含量低,反硝化作用受到的阻碍。垂直流人工湿地中,污水自上向下流过,在床体中停留时间较短,废水中溶解氧和植物的复氧作用创造了有利的硝化条件[16],底部缺氧、厌氧环境又保证了反硝化的进行,所以出现垂直流NH4+-N去除效果优于水平流的实验结果。

2. 2 不同湿地植物对氨氮去除效果的影响

不同植物金边吊兰、金钱草、绿萝和空白组NH4+-N去除效果如图3 所示,可以看出,三种不同湿地植物对NH4+-N都有较好的去除效果,高于空白组NH4+-N去除率,表明种植植物对废水中NH4+-N的去除有明显促进作用[9]。各组平均去除率分别为: 金边吊兰46% ,金钱草60% ,绿萝70% ,表明植物种类对处理效果有不同的影响,与Cheng等人[17]研究结果一致。分析产生以上现象的原因,植物自身生长可吸收一部分有机氮。同时植物可以通过中空组织输送氧气至根系,并通过根系释放氧气到根际,使根际形成氧化环境,提高好氧微生物的活性,为氨转化细菌的生存和氮的去除提供了必要的场所和好氧/厌氧条件[18—20],硝化/反硝化反应也是湿地去除NH4+-N的重要途径。不同植物种类对NH4+-N的去除效果主要与植物根系的氧气扩散速率、根直径、根壁厚度、根长等因素相关,直径越大,根壁越薄,根长越长,氧气扩散速率越大,NH4+-N的去除效果越好[21]。绿萝比金钱草根系更为发达,根长更长,更能提供良好的硝化反应条件,对NH4+-N去除效率更高。金边吊兰具有肥大的圆柱状肉质根,根壁较厚,因而氧气扩散速率大大降低,不能提供充足的氧化环境,对NH4+-N去除效率较差。因此绿萝脱氮效果最高,金边吊兰最低。

实验从第8 d后,实验用水NH4+-N浓度降低,四个湿地系统对NH4+-N的去除率均下降,空白组湿地系统下降幅度最大,金边吊兰、金钱草和绿萝湿地系统下降幅度较小,这是由于进水NH4+-N浓度降低后,空白湿地系统中没有植物,吸附去除的NH4+-N解吸后随排水流出,导致去除率下降,而具有植物的湿地系统由于去除的NH4+-N已经分解,所以去除率还保持在较高水平,这也表现了种植植物的人工湿地系统具有较强的抗冲击负荷的能力。

2. 3 基质厚度对氨氮去除效果的影响

由图4 可以看出,种植金钱草人工湿地系统不同基质厚度对NH4+-N去除效果有明显差异,基质厚度3 cm、6 cm、9 cm的湿地系统,平均去除率分别为51% 、74% 和60% 。湿地系统基质厚度为6 cm时NH4+-N去除率最高。实验在第8 d开始降低NH4+-N浓度后,三个系统NH4+-N去除率均有所下降,这是进水NH4+-N浓度变化后湿地系统进入新的平衡状态。微生物的硝化反硝化作用在脱氮过程中发挥重要作用,硝化反应所需的氧来源主要是大气复氧和植物光合作用复氧,湿地植物通过根系释放氧气到根际,使根际形成氧化环境,植物的根长越长,越有利于为更深层次的基质提供氧气[20]。本实验湿地植物为金钱草,根长约为5 cm,根须柔软且易横向发展。3 cm湿地系统基质厚度小于根长,底部的厌氧环境不充分,不能为厌氧微生物提供良好的厌氧环境[22],阻碍了反硝化菌的生长与反硝化作用的进行,导致NH4+-N去除效果降低。6 cm湿地系统基质厚度与根长接近,金钱草根系生长未受到限制,并与基质紧密结合,NH4+-N可通过植物根系生物膜吸收利用,并在适当的好氧/缺氧环境条件下通过硝化反硝化作用去除。9 cm湿地系统基质厚度大于根长较多,下层非根际区厌氧环境充分,由于垂直流废水在表层停留时间短,硝化不完全,底层又缺乏好氧环境,因此,硝化菌的生长和硝化反应的进行受到限制,NH4+-N去除效果较差。综合以上分析,以金钱草为湿地植物,由于基质厚度为6 cm与植物根长接近,表现出最佳的NH4+-N去除效果。

3 结论

( 1) 垂直流人工湿地和水平潜流人工湿地对NH4+-N的去除率分别达到68% 和59% ,垂直流人工湿地对NH4+-N处理效果更好,适合应用于NH4+-N含量较高的污水处理工程。

( 2) 金边吊兰、金钱草、绿萝湿地系统与空白湿地系统相比,对废水中NH4+-N的去除都有明显效果,平均去除率分别为46% 、60% 和70% 。绿萝对NH4+-N的处理效果最好,根性发达程度对处理效果影响较大。

( 3) 湿地植物为金钱草时,3 cm、6 cm和9 cm基质厚度的人工湿地系统对NH4+-N去除率分别为51% 、74% 和60% ,基质厚度6cm的湿地系统最接近金钱草根系生长深度,NH4+-N去除效果最优,根系长度是设计基质厚度的主要因素。

篇3：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

关键词：磷浓度；浮萍；营养背景；富营养化水体；生长优势

中图分类号： X173文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0529-03

随着社会的发展和生活水平的提高，水体富营养化问题日益严重，水体藻类的暴发给全球环境造成了严重的危害，导致了巨大的经济损失[1-3]。近年来，利用水生植物去除污染水体中的氮、磷受到众多专家的关注。与大型水生植物相比，小型水生植物浮萍因其对氮、磷的吸收效果好、生长速度快、营养价值高、易回收等特点，越来越受到学者的重视[4-7]。我国在该领域也开展了实验室规模的基础性研究工作，如环境和营养条件对浮萍生长的影响、浮萍吸收氮的动力学特性及浅水体浮萍净化系统的除氮途径等，明确了浮萍对污染水体中部分污染物去除的规律及浮萍植物生长的规律等[8-9]。同时，浮萍中含有多种氨基酸，且其细胞壁中未检测到木质素成分，因此更利于动物的消化吸收，这些特点使得浮萍在作为畜禽、鱼类饲料使用时可明显提高养殖产量，收到较好的经济效益[16-17]。因此浮萍有着极大的应用前景。然而，关于水中磷浓度对浮萍生长及其对浮萍吸收污染物质能力的影响的研究相对较少。

本试验在相关理论和实践研究的基础上，以扬州市荷花池公园水池中3种浮萍（紫背浮萍、青萍和少根紫萍）为研究对象，主要研究了相同环境条件下不同磷浓度对浮萍生长的影响，从而筛选出何种浮萍可以最快的清除对水体中N、P，同时减少不必要的经济投入。

1材料与方法

试验于2014年5—7月年在江苏省扬州大学环境科学与工程学院光照培养室进行。

1.1试验材料

试验样品：本试验选用浮萍品种为青萍、紫背浮萍、少根浮萍，采自扬州市荷花池公园水池。将采回来的浮萍先放入自来水中沉淀杂质，然后挑选大小相近、长势良好的浮萍，经蒸馏水漂洗后使用。

培养液：以霍格兰不完全营养液为基础，其中磷浓度按试验要求进行调整（表1）。

1.2试验设计

试验采用室内模拟培养方式进行。试验设3个营养背景（即除磷元素，其他养分含量浓度不变），根据磷浓度0.1、03、1.5、3.0、15.0、45.0 mg/L设6个处理T1、T2、T3、T4、T5、T6。同时用氢氧化钠（0.1 mol/L）溶液将营养液调节至pH值6.5，每隔3 d更换1次营养液，并计数1次。

1.3测定项目与方法

浮萍的分裂速度测定：记数法。

1.4数据分析与统计方法

对所获得的数据采用Excel 2003、SPSS软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1青萍、紫萍、少根浮萍在1/5营养背景下不同磷浓度的生长情况

由表2、表3、表4可知，在1/5营养背景下，随着培养时间延长，浮萍的个数也迅速增加，但由于培养空间的限制，到后期即6月13日后（12 d）浮萍的分裂速度降低。在比较不同磷浓度条件时，青萍随着磷浓度升高，其分裂呈先增加后降低的趋势（表2），而紫萍和少根浮萍的个数均随磷浓度升高而降低（表3、表4）。同时由表2可以看出，青萍的最佳生长浓度在3～15 mg/L；紫背浮萍和少根浮萍对磷的适应范围较广，但分裂速度没有青萍快。

2.2一般营养背景下不同磷浓度对青萍，紫萍，少根浮萍生长的影响

由表5、表6、表7可知，在一般营养背景下，相较于1/5营养背景青萍、紫萍、少根浮萍分裂速度较慢，随着培养天数增加，其在6月16日即约15 d后浮萍生长基本稳定。在横向比较中可以发现青萍随着磷浓度升高，其个数变化呈先增加后降低的趋势。而紫萍、少根浮萍的分裂个数随浓度变化无显著的变化趋势。其中青萍的最佳磷生长浓度在3～45 mg/L；少根浮萍的最佳范围在0.5～1.5 mg/L。

2.35倍营养背景下不同磷浓度对青萍、紫萍、少根浮萍生长的影响

由表8、表9、表10可知，在5倍营养背景下，青萍、紫萍、少根浮萍3种浮萍分裂速度也相对较慢，都在15 d后基本稳定。在比较不同磷浓度的影响时，可以发现3种浮萍的个数随磷浓度升高均呈现先增加后降低的趋势。其中青萍的最佳磷生长浓度在0.1～1.5 mg/L；少根浮萍在3～15 mg/L。

3小结

营养背景浓度在1/5时，浮萍分裂的速度较快。在同一营养背景下，浮萍（青萍、少根紫萍）生长的个数随磷浓度升高先增加后减少。在一定营养背景下青萍的生长速度是最快的，即在适应环境生长方面，青萍较其他2种浮萍（紫背浮萍、少根浮萍）更具优势。

参考文献：

[1]王玲玲，沈熠. 水体富营养化的形成机理、危害及其防治对策探讨[J]. 环境研究与监测，2007，20（4）：33-35.

[2]孙宇，张永春. 利用河流的环境容量控制太湖流域农村面源污染[J]. 中国水土保持，2005（10）：39-41.

[3]金相灿，刘树坤，章宗涉. 中国湖泊环境（第1册） [M]. 北京：海洋出版社，1995.

[4]郭培章，宋群. 中外水体富营养化治理案例研究[M]. 北京：中国计划出版社，2003.

[5]刘扬扬，靳铁胜，杨瑞坤. 浅析水体富营养化的危害及防治[J]. 中国水运：下半月，2011，11（5）：150-151.

[6]张平录. 养殖水体中氮元素的转化与氨氮、亚硝酸盐的危害和防治[J]. 渔业致富指南，2006（11）：45.

[7]梁国辉. 城市水体微生物修复技术研究现状及进展[J]. 黑龙江环境通报，2007，31（3）：58-60.